研究人员可能发现了一种新的叶绿素形式，叶绿素是植物、藻类和蓝藻通过光合作用从光中获取能量的色素。8月19日发表在《科学》杂志上的初步研究结果表明，新发现的分子，被称为叶绿素f，与已知的四种叶绿素形式相比，具有独特的化学成分，并且可以吸收比光合色素典型的更多的近红外光。叶绿素f是从蓝藻和其他产氧微生物培养物中提取的，它可能使某些光合生物能够从许多竞争者无法利用的光波长中获取能量。
“这是我们在自然界中发现的最红移的叶绿素，”澳大利亚悉尼大学的生物学家，该研究的主要作者陈敏说。“这意味着内部含有这种叶绿素的生物可以扩展它们的光合作用范围，以最大限度地利用太阳能。”
已知一些光合细菌使用红外光，但与植物和蓝藻相反，这些微生物不产生氧气。相反，它们依赖于非产氧光合作用，这种光合作用可以在红外光提供的低能量光子下发挥作用。“没有人认为产氧生物能够利用红外光，因为实际上产生氧气的光合作用被认为需要来自可见光的更大量光子能量，”布朗大学的分子生物学家塞缪尔·比尔说，他的工作部分集中在叶绿素上。“我认为他们在这里发现的是叶绿素的一种新修饰，它显示了光合生物利用任何可用光的灵活性。”
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圣路易斯华盛顿大学的光合作用专家罗伯特·布兰肯希普也认为这项发现意义重大。“我认为这是一个非常重要的新进展，是六十年来在产氧生物中发现的第一种新型叶绿素，”他通过电子邮件写道。
其他研究人员对这些发现持更加谨慎的态度。约翰·克拉克·拉加里亚斯是加州大学戴维斯分校的分子生物学家，他指出，早期的研究表明，一些产氧蓝藻可以使用叶绿素d（四种已知叶绿素变体之一，还包括叶绿素a、b和c）从近红外光中获取能量。但这篇新论文仍然引起了拉加里亚斯的兴趣：“这是一个令人兴奋的潜在发现，如果这是真的，它提供了第二个含有红移叶绿素的生物的例子，”他说。“我们不确定它是否用于光合作用，但我们知道它正在吸收光，并且可能以某种方式参与光合作用装置。它可能是一种名副其实的新型叶绿素，存在于生物体内。”
2008年7月，陈的同事收集了来自澳大利亚西部鲨鱼湾哈梅林池塘的叠层石（由蓝藻、碳酸钙和沉积物层形成的结构）和微生物垫的样本，该地已知包含世界上最多样化和最古老的叠层石。蓝藻和其他微生物在浅水中生长时会形成叠层石，逐渐捕获和结合沉积物，形成小的岩石状塔和土堆。陈将样品在研钵和研杵中研磨，并在连续近红外LED照明下的培养皿中培养微生物。最终，只有像蓝藻这样能够利用近红外光进行光合作用的微生物在培养物中存活下来。
然后，陈使用溶剂从培养物中提取活细胞和色素，并使用各种实验室技术分析它们的性质。集体结果表明，蓝藻含有一种新型叶绿素，可以在体外吸收高达706纳米（nm）的近红外光，荧光为722 nm。陈将提议的变体命名为叶绿素f。一种称为高效液相色谱法 (HPLC) 的技术，它根据化学性质（如它们是疏水的还是亲水的）分离分子，证实叶绿素f与四种已知的叶绿素变体不同。核磁共振波谱法（允许科学家确定分子结构内原子的排列）再次确认了该色素的独特性。质谱法（确定分子的原子质量）显示叶绿素f与叶绿素b具有相同的质量，这表明它们可能是彼此的异构体。“你可以想象一种酶进化出来，将叶绿素b的相同前体氧化成这种新形式，”拉加里亚斯说。
尽管陈的结果表明发现了一种与已知叶绿素形式相关但又不同的新型吸光分子，但一些注意事项使对她的结果的精确解释复杂化。首先，研究人员难以培养单一物种的培养物，因此尚不清楚叶绿素f究竟来自哪种微生物。同样，研究人员也努力培养产生纯叶绿素f且未被其他形式叶绿素污染的培养物。叶绿素f和光合作用之间的直接联系将需要进一步研究，陈说这项研究正在进行中。“他们还没有证明叶绿素f在反应中心[光合作用的主要场所]，”拉加里亚斯说。“但他们的结果表明该分子相当丰富，因此它可能发挥某种特殊作用。”
如果蓝藻确实依赖叶绿素f，那么它们可能会利用对它们的大多数邻居无用的光进行光合作用——这是一个显着的优势，尤其是在微生物垫和叠层石内生活的密集且多样化的光合微生物群落中，这些群落竞争来自光的能量。“在微生物垫中，未被垫中其他生物吸收的红外光可能是你唯一可用的光波长，”拉加里亚斯说。“这意味着这种生物将占据一个关键的生态位并生存下来，即使周围生长着成千上万的其他生物。”
布兰肯希普看到了生物技术的应用。“如果可以将这种叶绿素放入植物中并正常发挥作用，那么它将能够利用一些植物现在无法利用的额外光能，”他通过电子邮件写道。“这有可能提高光合作用的效率，因为在能量储存发生之前，光必须被吸收。任何未被吸收的光波长都将永远丢失。典型的植物吸收可见光区域（400-700纳米）中的大部分阳光，但很少吸收超过700纳米的光[这标志着红色和红外光之间的边界]。可见光区域约占太阳输出能量的一半。通过将吸收推向更长的波长，太阳输出能量的额外约10%是有可能被利用的。”